Akustische Laufzeittomographie

Ein neuer Weg in der Meteorologie, meteorologische Größen in ihrer räumlichen (dreidimensionalen) und zeitlichen Variabilität vollständig und ohne Beeinflussung des Messgebietes zu erfassen, ist die Anwendung akustischer tomographischer Fernmessmethoden. Hierbei wird die bekannte Tatsache genutzt, dass Veränderungen der Schallgeschwindigkeit bzw. der akustischen Laufzeit im sondierten Luftvolumen auf die Variabilität charakteristischer Größen, wie Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit, zurückzuführen sind. Deshalb enthalten die gemessenen Schallparameter zwischen einem Sende- und einem Empfangspunkt Informationen über den Zustand der sondierten Luftschicht. Werden mehrere solcher Schallstrecken in einem Messgebiet aufgebaut, dann können über die tomographische Invertierung aller aufgezeichneten Laufzeiten der Schallsignale Rückschlüsse auf die meteorologisch relevanten Größen gezogen werden.

Als Resultat werden räumlich aufgelöste Temperatur- und Strömungsdaten abgeleitet, die u.a. zur Validierung von Atmosphärenmodellen, Ableitung von Parametrisierungen über inhomogenen Oberflächen und zur Einschätzung der Repräsentativität von Punktmessungen dienen können. Da das tomographische Mess- und Analyseverfahren räumlich und zeitlich skalierbar ist, erschließt sich ein großes Spektrum von Anwendungsfeldern, vom Einsatz im Windkanal oder über Lysimeterflächen (Meterskala), über die Nutzung in Innenräumen und Atmosphärenkammern (Dekameterskala) bis zu Anwendungen in der Grenzschichtmeteorologie (bis zur Kilometerskala, Beispiel siehe Abbildungen).

Messfeld Melpitz
Empfänger
Sender
Tomogramm: Horizontales Schnittbild durch das Temperaturfeld (Farbskala) und Windfeld (Pfeile) in einer Höhe von 2 m über der Erdoberfläche am 06.10.2001, 12:45 Uhr Ortszeit an der Forschungsstation Melpitz über einer Grasoberfläche (nördlicher Teil) und über einer Ackerfläche (südlicher Teil).

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Übersichtsposter: Tomographie